Периодическая система Д.И. Менделеева

Периодическая система — карта химических элементов. По одной клетке можно узнать символ и атомный номер, а по положению клетки — группу, период и многие общие особенности элемента. Чтобы пользоваться этой картой, важно понимать смысл её чисел и не смешивать их с массами, зарядами и валентностью.

Современный периодический закон

Свойства химических элементов и образуемых ими веществ периодически зависят от атомного номера, то есть от числа протонов в ядре.

Поэтому элементы располагают по возрастанию Z. При переходе к следующей клетке число протонов увеличивается на один. Средняя атомная масса в большинстве случаев тоже увеличивается, но это сопутствующая тенденция, а не правило построения таблицы.

Периодичность означает закономерное повторение сходных особенностей, а не полное совпадение всех свойств. Атомы Na и K различаются размером и массой, но оба элемента относятся к щелочным металлам и образуют характерные катионы с зарядом +1.

Что записано в клетке

Оформление клеток различается: цвета могут показывать классы элементов, агрегатное состояние или другие признаки. Прежде чем читать цвет, посмотрите легенду. Для ряда радиоактивных элементов в квадратных скобках приводят массовое число выбранного изотопа, а не обычную среднюю атомную массу; смысл обозначения уточняют в примечаниях конкретной таблицы.

Дробная относительная масса не означает дробного числа частиц в ядре. Чтобы найти число нейтронов, нужно массовое число конкретного изотопа, которого в обычной клетке может не быть.

Периоды и группы

Периоды — горизонтальные ряды элементов, а группы — вертикальные столбцы. В обычной длинной форме таблицы выделяют семь периодов и группы с номерами от 1 до 18.

Первый период содержит H и He, второй — элементы от Li до Ne, третий — от Na до Ar. Дальше периоды длиннее. Для элементов основных групп номер периода соответствует номеру внешнего занятого электронного слоя; в обычных школьных схемах он показывает число занятых электронных слоёв.

Два ряда, часто вынесенные под таблицу, относятся к шестому и седьмому периодам. Это лантаноиды и актиноиды; они не образуют дополнительных восьмого и девятого периодов. Вынос нужен, чтобы таблица помещалась на странице.

В группе объединяются элементы с родственными особенностями электронного строения и химического поведения. Хорошо знакомые семейства: группа 1 без H — щелочные металлы, группа 2 — щёлочноземельные металлы, группа 17 — галогены, группа 18 — благородные газы.

Встречаются и короткие учебные таблицы с римскими номерами и главными и побочными подгруппами. Их обозначения нельзя автоматически переносить на современную нумерацию 1–18: сначала уточните, какой вариант используете. Здесь все номера групп относятся к длинной форме.

Связь с внешними электронами

Для элементов основных групп 1 и 2 число внешних электронов нейтрального атома обычно соответствует номеру группы. Для групп 13–18 при таком школьном подсчёте вычитают 10: например, у Cl из группы 17 семь внешних электронов. Исключение — He: его единственный занятый слой содержит два электрона, хотя он относится к группе 18.

Правила подсчёта внешних электронов по номеру группы применяют с указанием области: для основных групп и с отдельным учётом гелия. На все элементы центральной части таблицы такое правило не переносят.

В частности, группа 8 не означает, что у каждого её элемента восемь электронов на самом внешнем слое. Подробное строение переходных элементов требует учёта внутренних подуровней. Также номер группы не равен обязательной валентности или единственной возможной степени окисления.

Пример 1. Прочитать клетку алюминия

Al имеет Z = 13, стоит в третьем периоде и группе 13. Значит, нейтральный атом содержит 13 протонов и 13 электронов. Для школьного распределения по слоям:

Al: 2, 8, 3; всего 2 + 8 + 3 = 13 электронов.

Три занятых слоя согласуются с третьим периодом; три внешних электрона — с группой 13. Число около 26,98 в клетке относится к относительной атомной массе, а не к числу электронов.

Пример 2. Найти элемент по периоду и группе

Нужен элемент третьего периода и группы 17. На пересечении находится Cl, хлор, с Z = 17. Его школьное распределение:

Cl: 2, 8, 7; всего 17 электронов.

Это галоген и неметаллический элемент. Семь внешних электронов не означают заряд атома +7: нейтральный атом имеет одинаковые числа протонов и электронов. Заряд иона нужно определять отдельно.

Пример 3. Проверить положение кальция

Для Ca с Z = 20 школьная схема распределения электронов имеет вид:

Ca: 2, 8, 8, 2; всего 20 электронов.

Четыре занятых слоя соответствуют четвёртому периоду, а два внешних электрона — группе 2. Кальций относится к щёлочноземельным металлам. Схему первых двадцати элементов нельзя превращать в универсальное правило заполнения всех последующих атомов.

Как сравнивать соседние элементы

В одном периоде число протонов растёт, а общие свойства последовательно меняются: например, в третьем периоде слева находятся металлы Na, Mg и Al, далее — пограничный Si, затем неметаллы. В группе сходство сохраняется, но характеристики меняются сверху вниз.

По положению удобно выдвигать обоснованное предположение, затем проверять его по свойствам вещества. Периодическая таблица не заменяет таблицу растворимости и не задаёт автоматически условия любой реакции.

Типичные ошибки

• Путать строку и столбец. Период горизонтален, группа вертикальна.
• Сортировать современную таблицу только по массе. Основной порядок задаёт Z.
• Считать вынесенные ряды отдельными периодами. Они являются частями шестого и седьмого периодов.
• Приравнивать номер группы к заряду. Это разные характеристики.
• Не читать условные обозначения. Цвета и квадратные скобки требуют пояснений таблицы.

Проверьте себя

1. Определите период, группу и число электронов нейтрального атома P с Z = 15.
2. Какой элемент расположен во втором периоде и группе 17? Назовите его семейство.
3. В какой группе находится Mg и сколько внешних электронов содержит его нейтральный атом в школьной схеме?
4. Можно ли считать два элемента одной группы полностью одинаковыми по свойствам?
5. Ученик называет лантаноиды восьмым периодом, поскольку видит отдельную строку под таблицей. Исправьте объяснение.

Ответы с объяснениями

1. Фосфор — третий период, группа 15, в нейтральном атоме 15 электронов. Распределение 2, 8, 5 согласуется с этим положением.

2. Фтор F с Z = 9, галоген. Номер периода и группы однозначно определяют клетку в выбранной форме таблицы.

3. Mg — группа 2, два внешних электрона; для Z = 12 схема по слоям 2, 8, 2.

4. Нет. У элементов группы есть общие черты электронного строения и химического поведения, но массы, размеры атомов и другие свойства различаются.

5. Лантаноиды относятся к шестому периоду. Их выносят вниз ради компактности таблицы; отдельная строка рисунка не всегда означает новый период.

Связанные темы

Для чтения Z повторите строение атома. Семейства подробнее разбираются в классификации элементов. Сравните современный порядок с историей открытия закона.

Источники: IUPAC: таблица элементов и группы 1–18; OpenStax: устройство таблицы; OpenStax: электронное строение и конфигурации. Примеры и задания составлены для этой статьи.